Устройство для извлечения материала из подземных формаций через скважины Советский патент 1984 года по МПК E21C45/00 

Иэобретение относится к горному делу и геологии и может быть исполь зовано при опробовании продуктивных пластов и скважинной гидродобыче полезных ископаемых, в частности при разведке и разработке вечномерзлых россыпей. Известно устройство для извлечения материала из подземных формаций через скважины, включающее напорную колонну, гидромонитор, пульпоподъемную колонну с приемными окнами, гидроэлеватор с приемной камерой Q Известно также устройство для извлечения материала из подземных формаций через скважины, включающее напорную внешнюю колонну с телескопическим хвостовиком, гидромонитор, приемные окна для гидросмеси, гидроэлеватор с приемной камерой, .пульповыдачную колонну, жестко соединенную с хвостовиком и смонтированную с воз можностью вращения и осевого смещения, и пакер, установленный ниже приемных окон 2J. Однако при отработке или отборе проб верхних слоев известными устрой ствами нижняя часть скважины постоянно зашламовываетСяj в нее попадают частицы полезного компонента, которые не извлекаются на поверхность что снижает надежность работы и влия ет на степень достоверности при опробовании. Целью изобретения является по- , вышение надежности работы и Ънижение потерь полезного ископаемого. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для извлечени материала из подземных формаций через скважины, включающем напорную внешнюю колонну с телескопическим хвостовиком, гидромонитор, приемные окна для гидросмеси, гидроэлеватор с приемной камерой, пульповьщачную колонну, жестко соединенную с хвостовиком и смонтированную с возможно тью вращения и осевого смещения, и пакер, установленный ниже приемных окон, пакер выполнен в виде стакана с отверстием в стенке с наружной эластичной оболочкой и установленно го внутри стакана с возможностью вращения и осевого смещения подпружиненного поршня с сообщенным с вне ней колонной и жестко соединенным с хвостовиком полым штоком с отверстием в стенке, при этом отверстие в стенке стакана расположено с возможностью обеспечения сообщения полости эластичной оболочки со штоковой полостью стакана при крайнем нижнем положении поршня и обеспечения сообщения полости оболочки с полостью скважины при крайнем верхнем положении порщня, а отверстие в стенке штока расположено с возможностью обеспечения сообщения полости штока с полостью стакана при крайнем нижнем положении порщня и с возможностью перекрытия указанного отверстия днищем стакана при крайнем верхнем положении поршня. iJlTOK выполнен с дополнительным каналом, сообщающим полость штока со штоковой полостью стакана, при этом в канале установлен обратный клапан. Кроме того, днище стакана выполнено по крайней мере с одним отверстием, сообщающим щтоковую полость стакана с полостью скважины. На фиг. I изображено устройство для извлечения материала из подземных формаций,расположенное в скважине, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. I (при крайнем нижнем положении поршня ; на фиг. 5 - то же, при крайнем верхнем положении порщня. Устройство в одном из возможных вариантов исполнения состоит из напорной внешней колонны 1 труб, сообщенной с источником напорной воды (не показан), расположенной в ней пульповьвдачной центральной колонны 2, расположенных в, интервале концевой части хвостовика 3 напорной внешней колонны 1 встроенного гидромонитора 4 с насадкой, сообщенной с полостью напорной внешней колонны I, гидроэлеватора с приемной камерой 5 и насадкой 6, установленной соосно с пульповыдачной центральной колонной 2 и сообщенной с полостью напорной внешней колонны I, приемных окон 7, сообщенных с полостью приемиой камеры 5 гидроэлеватора. Концевая часть 3 хвостовика 3 напорной внешней колонны 1 выполнена телескопически вьщвижной, установлена с возможностью вращения относительно напорной внешней колонны I посредством сальниковых уплотнений 8 и жестко связана с пульповыдачной центральной колонной 2, которая установлена с возможностью вращения и осевого перемещения относительно напорной внешней колонны I, что может быть обеспечено, например, установкой центральной колон ны 2 на фонарях с сальниками или подшипниками(не показаны). Полость напорной внешней колонны I в интервале расположения приемных окон 7 отделена от остальной части полости перегородками 9 и 10, а насадка 6 гидроэлеватора сообщена с полостью напорной внешней колонны 1 посредством каналов II через камеру 12. Устройство снабжено также пакерирующим элементом 13, выполненным в виде стакана 14 с отверстиями 15 в его стенке и эластичной оболочки 16 расположенной на его внешней поверхности, и расположенным в полости ста кана 14, установленным с возможностью вращения и осевого перемещения относительно стакана,обеспечиваемых при помощи сальников 17, и подпружиненным пружиной 18 относительно стакана I4 поршнем 19 с полым штоком 20, выполненным с отверстием 21 в ег стенке, пропущенным через отверстие в днище 22 стакана 14, жестко связанным с концевой частью хвостовика 3 внешней колонны 1 и гидравлически сообщенным своей полостью 23 с полос тью напорной внешней колонны 1 через камеру 12. Отверстие 15 в стенке стакана I4 расположено с возможностью обеспечения гидравлического сооб щения полости 24, ограниченной оболочкой 16, со штоковой полостью 25 стакана 14 при крайнем нижнем положении поршня 19(фиг. 4) и обеспечения сообщения полости 24 с внешней средой(полостью скважины 26) при крайнем верхнем положении поршня 19(фиг, 5). Отверстие 21 в стенке штока 20 расположено с возможностью обеспечения гидравлического сообщения полости 23 штока 20 со штоковой полостью 25 стакана 14 при крайнем нижнем положении поршня 19(фиг. 4) и с возможностью перекрытия отверстия 2 днищем 22 стакана 14 при крайнем верхнем положении поршня 19(фиг. 5) Шток 20 может быть выполнен с каналом 27, сообщающим полость 23 указанного штока 20 со штоковой полостью 25 стакана 14, а в канале 27 установлен обратный клапан 28. При другом варианте исполнения днище стакана 14 можетбыть выполнено с отверстиями 29, сообщающим ; штоковую полость 25 стакана 14 с внешней средой(полостью скважины 26, расположенной в интервале между торцом концевой части хвостовика 3 внешней колонны 1 и, днищем стакана 14). Устройство работает следующим образом. Устройство опускается в скважину 26,.вскрывающую с перебуром продуктивный пласт 30, из которого предполагается, например, отобрать пробу слагающего его материала. Нижний конец неподвижной части колонны I устанавливают на уровне кровли продуктивного пласта или слоя пласта 30, а концевую,телескопическую часть хвостовика 3 выдвигают путем приложения осевого усилия на центральную колонну 2 с помощью спуско-подъемного механизма такик образом, чтобы насадка гидромонитора 4 находилась на уровне подошвы отрабатываемого пласта 30 или одного из слоев указанного пласта. При этом пакетирующий элемент 13, поршень в котором под действием пружины I8 находится в крайнем нижнем положении относительно стакана 14, располагается в скважине 26 ниже предполагаемого к отработке слоя. С помощью источника напорной воды, например высоконапорного насоса, в полость напорной внешней колонны 1 подают под давлением воду, поступающую в гидромонитор i, и через канал 11 и камеру 12 - в насадку 6 гидроэлеватора. Формируемая насадкой гидромонитора 4 высоконапорная струя воздействует на пласт.30, размывая материал, слагающий его, и переводя в гидросмесь с образованием в пределах пласта 30 полости 31. Образующаяся гидросмесь транспортируется по днищу полости 31 и поступает через приемные окна 7 в приемную камеру 5 гидроэлеватора и далее под воздействием струи, истекающей из насадки 6, по пульповыдачной центральной колонне 2 вьщается на поверхность. В процессе подачи напорной воды в полость напорной внешней колонны I вода через каналы 11, камеру 12 поступает в полость 23 штока 20, проходит через отверстие 21 ь UJTOKOвую полость 25 стакана 14 и далее через отверстия 15 - в полость 24, ограниченную эластичной оболочкой 16, в результате чего указанная оболочка раздувается и пакетирующее устройство распирается в скважине 26, перекрывая последнюю и предотвра щая переток гидросмеси из полости 3 в нижележащую часть скважины 26. Перемещение струи, истекающей из насадки гидромонитора 4, вдоль забоя на установленном уровне осуществляется вращением пульповьщачной центральной колонны 2, например, с помощью механизма вращения, включающего двигатель и передаточный механизм(не показаньЛ. Центральная коло на 2 передает вращение на концевую телескопическую часть хвостовика 3 внешней напорной колонны 1, которая вращается вместе с гидромонитором 4. При этом вращается и шток 20 с поршнем 19, а пакерирующий элемент 13 остается неподвижным. После размыва пласта 30 на одном уровне гидромониторную насадку 4 перемещают на следующий, вышележащий уровень путем подьема центральн колонны 2 вместе с концевой частью хвостовика 3 внешней колонны 1 и шт ка 20 с поршнем 19 введением в дейс вие спуско-подъемного механизма при неподвижной внешней колонне I, и цикл размыва повторяют. После размыва всего слоя, мощнос которого соответствует длине хода телескопической части хвостовика 3 и поршня 19, гидромонитор 4 оказывается на уровне кровли отрабатываемого слоя., поршень 19 - в крайнем верхнем положении, отверстие 21 пер крывается днищем 22 стакана 14, а отверстие 15 сообщает полость 24 с внешней средой(полостью скважины 26 расположенной ниже пакерирующего эл мента 13). К этому моменту подачу напорной воды в устройство прекращают. Вода из полости 24 выходит в полость скважины 26 и пакерирующее устройство выводится из распертого состояния, обеспечивая возможность перемещения всего устройства вместе с пакерирующим элементом 13. При подъеме в процессе работы поршня 19 объем полости 25 уменьшается, и при перекрытии отверстий 15 порпгнем 19 вода из полости 24 истекает через канал 27, вводя в действие клапан 28. При другом исполнении устройства вода из полости 24 в процессе передвижения поршня 19 снизу вверх истекает из отверстий 29. Эти же отверстия служат для создания противотока жидкости в полости скважины, ограниченной днищем 22 стакана 1 4 и торцом концевой части хвостовика 3 внешней колонны 1 для предотвращения зашламования указанной полости. Предложенное устройство может быть выполнено и со сплошной, а не телескопической концевой частью внешней колонны, В этом случае манипуляции производятся не с помощью центральной колонны, а с помощью внешней колонны путем спуска-подъема и вращения ее. Предложенное устройство может быть вьтолнено в варианте, когда в качестве напорной колонны используются центральная колонна, а в качестве пульповьщачной - внешняя. В этом случае в устройстве применяется гидроэлеватор не центрального, а кольцевого типа. При данной конструкции функции пульповьщачной несет на себе внешняя колонна, а функция напорной - центральная колонна. В указанном случае шток 20 жестко связывается с внешней пульповьщачной колонной, а его полость 23 сообщается с полостью центральной напорной колонны,которая в свою очередь сообщена с источником напорной воды. Использование предлагаемого устройства позволяет повысить надежност. его работы и сократить потери полезного компонента при отборе проб материала из продуктивных пластов.

фиг. 2

11

Фиг,3

В-В

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ФОРМАЦИЙ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ, включающее напорную внешнюю колонну с телескопическим хвостовиком, гидромонитор, приемньге окна для гидросмеси, гидрозлеватор с приемной камерой, пульповьздачную колонну, жестко соединеиную с хвостовиком и смонтированную с возможностью вращения и осевого смещения, и пакер, установленный ниже приемных окон, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и снижения потерь полезного ископаемого, пакер выполнен в виде стакана с отверстием в стенке с наружной зластичной оболочкой 1 становленного внутри стакана с возможностью вращения и осевого смещения, подпружиненного поршня с сообщенным с внешней колонной и жестко соединенным с хвостовиком полым штоком с отверстием в стенке, при зтом отверстие в стенке стакана расположено с возможностью обеспечения сообщения полости эластичной оболочки со штоковой полостью стакана при крайнем нижнем положении поршня и обеспечения сообщения полости оболочки с полостью скважины при крайнем верхнем положении поршня, a отверстие в стенке штока расположено с возможностью обеспечения сообщения полости штока с полостью стакана при крайнем нижнем положении поршня и с возможностью перекрытия указанного отверстия днищем стакана при крайнем верхнем положении поршня. 2.Устройство по п. I, о т л ичающееся тем, что шток вьшолйен с дополнительным каналом, сообщающим полость штока со штоковой. О полостью стакана, при зтом в канале :л :п :установлен обратный клапан. 3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что днище стакана выполнено по крайней мере с одним отверстием, сообщающим штоковую полость стакана с полостью скважины.